理学]食品酶学-酯酶和过氧化物酶.ppt

第八章 酯酶 醇: 一元醇或多元醇、脂肪醇或芳香族醇； 酸 : 有机酸或无机酸； 底物特异性 : 对酯的酸或醇部分是特异的. 分类: 羧酸酯水解酶 硫酯水解酶根据底物中醇的部分命名 磷酸二酯水解酶 硫酸酯水解酶 最重要的是羧酸酯水解酶和磷酸酯水解酶 硫酯水解酶 第一节 羧酸酯水解酶 酯 酶 羧酸酯羧酸醇 一、非特异性羧酸酯水解酶 （一）酯酶 三类能被区分的非特异性羧酸酯酶（羧酸酯水解酶、芳 香酯水解酶和乙酸酯水解酶）。 它们的分类是以底物特异性为基础的，然而其性质的差 别超过了底物的特异性 （二）脂酶 上述反应不是一个完全的反应， 因为脂酶催化的反应可以进行到 甘油一酯甚至甘油阶段。 人类胰脏脂酶的三维结构飘带图 脂肪酶和酯酶的区别是什么？ n酯酶，催化酯水解的酶。脂肪酶催化脂肪水解为 甘油和脂肪酸的酶(即三酰基甘油酰基水解酶，它 催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘 油单酯或二酯)。 n作用底物的碳链长短不同(酯酶优先水解短链脂肪 酸，脂肪酶优先水解长链脂肪酸) n作用底物的物理状态不同(酯酶水解水溶性底物， 脂肪酶水解油水界面的底物) 二特异性羧酸酯水解酶 （一）磷脂酶 催化水解磷脂酰、溶血磷脂酰化合物中的羧酸酯键 、磷酸酯键和磷酸与胆碱之间的酯键。 磷脂酶B 磷酸二酯酶 磷脂酶A （二）叶绿素酶 从叶绿素分子上除去植基 叶绿素酶的作用可能影响蔬菜加工中绿色的稳定性 （三） 果胶酯酶 （四）乙酰胆碱酯酶 (CH3)3N+CH2CH2OH +CH3COO + H 第二节 磷酸酯水解酶 磷酸酯水解酶催化水解由磷酸作为酸的部分 酯的酯键 磷酸一酯磷酸一酯水解酶 磷酸二酯磷酸二酯水解酶 一、磷酸一酯水解酶 非特异性磷酸一酯水解酶：对构成酯的一磷酸基有要 求，对构成酯的醇的部分没有严格要求 特异性磷酸一酯水解酶：对一磷酸基和醇两部分都有 要求 二、磷酸二酯水解酶 磷酸二酯水解酶催化原磷酸形成的两个酯键中的一个水解 磷酸酯酶和磷酸化酶有什么区别？ n磷酸化酶（phosphorylase）：是一种催化磷酸解的酶。 比如说，A和B基团通过酯键相连，磷酸化酶则催化酯键水 解，并使一个基团带上磷酸基团。 A-O-BPi AOH BPi 最有代表性的磷酸化酶是糖原磷酸化酶，糖原在体内降解 过程中，该酶是催化糖原还原性末端葡萄糖残基的-1,4- 糖苷键断裂，反应，生成1-磷酸葡萄糖和少了一个葡萄糖 基的糖原分子。 n磷酸酯酶（phosphatase）：属于一种水解酶类，它是通 过催化磷酸酯键水解的酶。 第三节 脂酶的性质 一、脂酶作用的底物的物理状态 猪胰脂酶首先被纯化和鉴定，因此，脂酶的许多性质 的阐明都和猪胰脂酶有关。 脂酶的天然底物（长链甘油三酯）是不溶于水的。 脂酶不能作用于分散在水中的底物分子，而能作用于 乳化的脂肪球，脂肪和水之间的界面是酶作用的部位。 酶-底物络合物 在均相反应体系 在脂肪反应体系 酶分子吸附底物 脂酶吸附在底物界面上 饱和状态 酶分子被底物分子饱和 界面面积足以容纳的所有酶分子 Michaelis常数 反应速度达到最高速度 反应速度达到最高速度 一半时的底物浓度 一半时的界面面积 胰脂酶作用于不溶解的甘油三酯时，酶活力和乳化液界面面积的关系 B-甘油三丁酯 O-甘油三油酸酯 当脂酶作用于可溶性酯时，当溶液浓度没有达到被底物饱和 的程度之前，电泳纯脂酶不能作用于溶解的丁酸甲酯，它对 于溶解的甘油乙酸酯的作用也是可以忽略的。 酯酶和脂酶的差别主要表现在它们所作用的底物具有不同的 状态这一点上。脂酶能水解不溶解或多相体系中处在油 水界面的酯。 当酶分子中用大圆圈表示的部分和底物相接触时，这个 催化部位被诱导而构象改变(从三角改变到方块)，使酶具有 活力。 二、底物特异性 猪胰脂酶作用于甘油酯时相对速度: 甘油三酯甘油二酯甘油一酯 猪胰脂酶水解甘油三酯的进程 a-甘油三酯 b-甘油二酯 c-甘油一酯 d-甘油 n猪胰脂酶作用于甘油三酯时的特异性表现 为它选择1位和3位的酯键作为作用点。 n猪胰脂酶对于酯的醇部分并没有绝对的特 异性要求。 n由于脂酶作用于处在油-水界面的酯分子 ，因此，任何能增加底物-水界面的条件 都能提高脂酶的活力。 三、pH、温度、激活剂和抑制剂对脂酶作用的影响 n大多数脂酶的最适pH在碱性范围内，即pH89 n胆酸盐类等是有乳化作用的盐能提高脂的活力， 重金属盐类确切无疑地抑制脂酶的活力。NaCl对 于猪胰脂酶的活力是必需的，但是当NaCl浓度超 过7mmol/L时，酶的活力开始下降。钙离子的作用 比较复杂，对于猪胰脂酶，当有胆酸盐存在时， 钙离子是绝对必需的；然而，对于牛胰脂酶的作 用，钙离子并非是必需的。 四、微生物脂酶 n根据位置特异性可将微生物脂酶分为两类。 第一类是非特异性微生物脂酶，它们能从甘油三 酯的所有三个位置将酯水解，释出游离脂肪酸。 1,2（2,3）-甘油二酯，1,3-甘油二酯和甘油一酯是水解过程中的中间物。 第二类微生物脂酶仅从甘油三酯的1位和3 位将它水解，释出游离脂肪酸。 1,2（2,3）-甘油二酯 2-甘油一酯 n由于1,2（2,3）-甘油二酯，特别是2-甘油一酯 是不稳定的，它们分子中的酰基能转位而分别生 成1,3-甘油二酯和1-甘油一酯，因此，1,3-特异 性脂酶长时间地作用于脂肪时，脂肪中的甘油三 酸酯将被完全水解而产生甘油。 n微生物脂酶中，大多数是属于1,3-特异性脂酶。 到目前为止还没有发现2-特异性脂酶。 n大多数微生物脂酶以常见的中性油和脂肪为底物 时，表现出很低的脂肪酸特异性。 五、脂酶活力的测定 不溶解的甘油三酯的乳状液是被优先考虑的。 甘油三油酸酯是最佳底物，纯的甘油三油酸酯十分 昂贵，可以采用橄榄油取代，因为它们含有的油酸 残基占总脂肪酸残基的70。 脂酶水解甘油三酯的速度可通过下列方法测定： 在反应体系中加入溶剂以终止反应，然后滴定在 反应中释出的脂肪酸； 采用pH-stat法，在pH8连续地测定整个反应过程 中游离脂肪酸含量随时间而增加的速度； 加入NaHCO3与反应中释出的H+作用释出的CO2，用 量压法测定； 测定因脂肪酸的产生而导致的反应体系表面张力 的下降； 采用生色底物，例如乙酸-萘酯。 第四节 脂酶在食品工业中的应用 脂酶作用于食品材料中的脂类底物，从而影响食品的风味 ； 催化油脂水解和油脂间的酯交换以得到新的产品； 一、脂酶的作用对食品风味的影响 思考题 n脂肪酶的催化反应特性是什么？ 脂肪酶的定义 脂肪酶作用的底物的物理状态 脂肪酶作用的底物的特异性 n脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶，可以催化 三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯类的水解、醇 解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应，除此 之外还表现出其他一些酶的活性，如磷脂酶、溶 血磷脂酶、胆固醇酯酶、酰肽水解酶活性等。脂 肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，如 在油水界面促进酯水解，而在有机相中可以酶促 合成和酯交换。 n 脂肪酶的催化特性在于：在油水界面上其催化 活力最大。溶于水的酶作用于不溶于水的底物， 反应是在2个彼此分离的完全不同的相的界面上进 行。这是脂肪酶区别于酯酶的一个特征。酯酶(E C3.1.1.1)作用的底物是水溶性的，并且其最适底 物是由短链脂肪酸(C8)形成的酯。 第九章 过氧化物酶 n过氧化物酶(利用过氧化氢作为电子受体来催化底物氧化 作用的酶。) H2O2 + AH2 2 H2O + A n过氧化氢酶 2 H2O2 2 H2O + O2 n虽然过氧化物酶和过氧化氢酶在作用机制上有 一些共同点，但是它们在酶蛋白结构上有显著 的差别。 过氧化物酶 含铁过氧化 物酶 正铁血红素过氧化物酶 含正铁 血红素（羟高铁血红素） 绿过氧化物酶 含铁原子卟啉 基团, 但其结构不同于正铁血红素 黄蛋白过氧化物酶 黄素腺嘌呤二核苷酸作为辅基 第一节 过氧化物酶在自然界的分布 n在植物细胞中以二种形式存在： (1) 以可溶形式存在于细胞浆 (2) 以结合形式与细胞中细胞壁或细胞器相结合 结合态酶可分成两种形式：离子结合和共价结合 第二节 过氧化物酶在食品加工中的作用 n过氧化物酶是果蔬成熟和衰老的指标 苹果气调保藏，过氧化物酶两个峰值相应于呼吸转 折和衰老开始。 n过氧化物酶活力可能与果蔬成熟时叶绿素降解有关。( 过氧化物酶可催化相应的底物氧化，其间产生的物质会 引起叶绿素的氧化分解 ) n过氧化物酶与胡萝卜素褪色有关。 n果实后熟衰老是一个复杂的生理生化过程，自由基衰老学说认为：衰 老与活性氧代谢平衡密切相关，这个平衡即活性氧物质产生与清除的 动态平衡。活性氧导致的膜脂过氧化对细胞膜具严重的伤害作用，导 致衰老。 n好氧生物能够通过多种途径产生各种自由基和活性氧，同时生物体内 又存在着清除这些自由基和活性氧的机制，在正常条件下这两种机制 处于动态平衡状态，生物生长正常。 n但当遇到胁迫等逆境及衰老时，这种平衡破坏或为自由基活性氧产生 增多或为清除系统水平下降，或二者兼有，总的效应为产生自由基、 活性氧损伤，引起组织衰老死亡。 n果蔬中活性氧物质主要包括H2O2、羟自由基（OH）和超氧自由基（ O-2）等，果蔬在成熟衰老时，活性氧物质增加。同时作为保护酶系 统的活性氧清除剂：超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT） 、过氧化物酶（POD）谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）等和非酶保 护系统的抗坏血酸（ASA）、维生素E（VE）类胡萝卜素（Car）等 的活性氧清除系统在果蔬成熟衰老中有着重要的作用。 参考知识点参考知识点 n过氧化物酶在果蔬加工和保藏中的重要作用包括 两个方面： （1）过氧化物酶的活力与果蔬产品，特别是非 酸性蔬菜，在保藏期间形成后的不良风味 有关。 （2）过氧化物酶属于耐热的酶类，它在果蔬加 工中常被用作热处理是否充分的指标。当 果蔬中过氧化物酶在热加工中失活时，其 他酶以活性形式存在可能性很小。 n过氧化物酶 ()与脂肪氧合酶 ()是 果蔬加工中影响果蔬制品风味的 2种主要的食品 品质酶。过氧化物酶主要催化过氧化氢分解,同时 伴随一些氢过氧化物的产生。脂肪氧合酶则催化 多聚不饱和脂肪酸的分解也产生氢过氧化物。这 些氢过氧化物通常是果蔬加工制品不良风味的来 源。 第三节 过氧化物酶催化的反应 n过氧化物酶能催化四类反应： (1) 有氢供体存在的条件下催化过氧化氢或氢过氧 化物分解，即过氧化活力 ROOH + AH2 H20ROHA R=H、CH3或C2H5， AH2=氢供体(还原形式)和A=氢供体(氧化形式) 愈创木酚 联苯胺 邻联茴香胺 邻苯二胺 芳香族胺酚类化合物 （2）在没有过氧化氢存在时的氧化作用，反应需要O2和 辅助因素：Mn2+和酚 反应底物：草酸、草酸乙酸、二羟基富马酸和吲哚乙酸 二羟基富马酸二酮琥珀酸 （3）在没有氢供体存在的条件下催化过氧化氢分解 （4）从一元酚和氧生成邻二羟基酚，反应必须要 有氢供体参加，例如二羟基富马酸。 四类反应中第一和第二类是重要的 第四节 过氧化物酶的底物 主要指第一类反应中的过氧化物和氢供体 一、过氧化物底物 过氧化物底物主要是指过氧化氢 高浓度的H2O2可使过氧化物酶失活 不同来源的过氧化物酶其活力达到最高值时 所需过氧化氢浓度时不同的。 二、氢供体底物 过氧化物酶对于氢供体的特异性要求不高。 虽然植物来源的过氧化物同功酶对氢供体表现出 不同的特异性，然而在它们没有被分离时，过氧 化物酶能作用于多种氢供体底物。 氢供体底物的性质影响着从过氧化物酶试样中能 检出的同功酶的数目、酶的热稳定性和它的再生 特征，这一点对于使用过氧化物酶作为果蔬热处 理是否充分的指标时是重要的。 可溶态和结合态过氧化物酶具有不同的底物特异 性。 愈创木酚 联苯胺 邻联茴香胺 邻苯二胺 芳香族胺酚类化合物 第五节 过氧化物酶的最适pH和最适温度 一、过氧化物酶的最适pH n影响过氧化物酶最适pH的因素：酶的来源、同功酶的组成 、氢供体底物和缓冲液。 n由于果蔬中过氧化物酶含有多种同功酶，而各同功酶的最 适pH存在着差异，因此，试剂测定的最适pH往往具有较宽 的范围。 n可溶态和结合态过氧化物具有不同的最适pH。 n在酸性条件下，过氧化物酶的热稳定性较低。因为，在酸 性条件下，血红素和蛋白质分离而导致过氧化物酶的酶蛋 白质变性。 二、过氧化物酶的最适温度 不同来源的过氧化物酶的最适温度差别很大 马铃薯55 花菜3540 第六节 过氧化物酶的热稳定性 n过氧化物酶热失活的特点：双相过程，即含有不 同的耐热性质部分，不耐热部分在热处理时很快 失活，而耐热部分在同样的热处理温度下缓慢地 失活； n部分可逆过程，即经热处理的酶液在室温或较低 温度下保藏时，酶的部分活力可以再生。 n过氧化物酶作为果蔬热处理是否充分的指标。 n在实际工作中，多少残余活力和再生活力被允许 留在被保藏的产品中还难以确定一个普遍适合的 标准。 n保留低水平的残余活力不一定有损于产品的质量 ； n要完全防止产品中的过氧化物酶的活力再生，需 要很大的热处理量。 一、热处理中（过氧化物酶的失活） u过氧化物酶失活具有 双相特征 陡峭直线部分酶 的热不稳定部分 中间曲线部分过 渡区 平缓直线部分酶 的耐热部分 在88热处理整粒甜玉米 中过氧化物酶的失活曲线 n和两项都遵循一级动力学 n将平缓部分外推可计算酶的耐热部分 n温度越高，耐热部分所占的比例越低，热处理温 度超过100，这两部分就难以区别。 二、过氧化物酶同功酶的作用和性质 同功酶在耐热性质上有着很大的差别。 过氧化物酶血红素的结构具有催化脂肪氧化的 功能，因此在酶失活后，仍会